Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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WO 2018/206877 1 PCT/FR2018/051069
Procédé d'enrobage continu de produits alimentaires, notamment surgelés, avec
chauffage maitrisé de rotor(s)
L'invention est relative à un procédé d'enrobage de produits alimentaires avec
une
substance (liquide ou pâteuse) qui comporte une ou plusieurs étapes d'apport
de
frigories pour provoquer le croûtage de la substance d'enrobage autour des
produits
alimentaires.
Les produits alimentaires peuvent être notamment des légumes, des
légumineuses, de la
viande, du poisson, des fruits ou des céréales, seuls ou en mélange.
L'invention s'intéresse ici plus particulièrement aux procédés d'enrobage
comprenant :
- une étape a) de sous-refroidissement des produits alimentaires par apport
de frigories
extérieures à une température inférieure à leur température initiale, avant
mise en
contact des produits alimentaires et de la substance d'enrobage, et
ultérieurement,
- une étape b) de mise en contact des produits alimentaires sous-refroidis
obtenus à
l'étape a) et la substance d'enrobage, l'enrobage autour des produits étant
formé à cette
étape par la congélation de la dite substance d'enrobage uniquement sous
l'action du
transfert de frigories des produits alimentaires à la substance d'enrobage,
c'est-à-dire
sans apport de frigories extérieures.
Le document FR 2789270 Al divulgue un tel procédé d'enrobage pour lesquelles
les
étapes a) et b) sont réalisées en continu.
Eventuellement, et selon l'invention, la congélation de la substance
d'enrobage autour
des produits alimentaires peut n'être que partielle à l'issue de l'étape b),
le procédé
pouvant encore comprendre une étape c) supplémentaire où l'on apporte aux
produits
enrobés obtenus à l'étape b) des frigories extérieures jusqu'à obtenir la
congélation
totale de la substance d'enrobage.
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La température initiale des produits à l'étape a) peut correspondre à un état
congelé, par
exemple de température comprise entre -20 C et -10 C.
L'invention s'intéresse aux procédés d'enrobage pour lesquels les étapes a) et
b) et le
cas échéant l'étape c) sont réalisées de préférence en continu, et plus
particulièrement
encore aux procédés d'enrobage, à échelle industrielle, permettant d'atteindre
des
capacités de production importantes.
L'invention s'intéresse plus particulièrement à l'étape b) qui a été mise en
oeuvre par la
Demanderesse en phase de test dans une ligne de production présentant une
unité
d'enrobage et de mise en contact de la substance d'enrobage, comprenant une
enceinte
de traitement, et un système de brassage et d'avance à deux rotors
contrarotatifs,
permettant d'assurer le brassage des produits alimentaires dans l'enceinte de
traitement :
on alimente selon un débit (de préférence continu) la substance d'enrobage
dans cette
enceinte de traitement afin d'asperger les produits alimentaires sous-
refroidis, en
particulier en plusieurs points d'injection suivant une longueur d'enceinte de
traitement
définie. Le reste de cette longueur d'enceinte est dédiée à la finalisation du
croûtage de
la substance d'enrobage.
.. On alimente l'enceinte de traitement, et selon un débit déterminé avec les
produits sous
refroidis issus de l'étape a), au niveau d'au moins une ouverture
d'alimentation de
l'enceinte. On entraine les deux rotors contrarotatifs en rotation. Les rotors
contrarotatifs ainsi entraînés permettent l'avance des produits alimentaires
selon un
temps de séjour déterminé dans l'enceinte de traitement: le long de leur
trajet, les
produits alimentaires sous refroidis sont aspergés avec la substance
d'enrobage, et en
vue d'obtenir la mise en contact de la substance d'enrobage avec les produits
alimentaires, et le croûtage au moins partiel de la substance d'enrobage (sous
l'action
du transfert de frigories des produits alimentaires à la substance d'enrobage,
et
conformément à l'étape b).
La rotation des rotors permet encore de brasser les produits alimentaires.
L'action de
brassage du rotor permet d'assurer un mouvement relatif ininterrompu entre les
produits
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alimentaires, et ainsi d'éviter leur agglomération sous le froid intense. Ce
brassage
permet encore de répartir la substance d'enrobage injectée dans l'enceinte de
traitement
sur toute la surface des produits alimentaires, et en vue de l'obtention d'un
enrobage
uniforme autour des produits alimentaires.
Un tel procédé d'enrobage a été testé lorsque l'unité d'enrobage et de mise en
contact
de la substance d'enrobage comprend deux rotors contrarotatifs, sensiblement
juxtaposés et parallèles, chacun formé d'un arbre sensiblement cylindrique, et
pourvu
d'un ensemble d'organes sensiblement radiaux à l'arbre, répartis régulièrement
suivant
la longueur de l'arbre suivant une trajectoire hélicoïdale.
Un tel procédé d'enrobage continu s'est avéré satisfaisant lorsque les
capacités de
production étaient modestes, voire même moyennes ou encore lorsque la
substance
d'enrobage présentait certaines caractéristiques (taux d'enrobage faible,
nature de la
substance, teneur en matières sèches, teneur en matière grasse et sel).
En revanche, des problèmes de blocage sont apparus lorsque les capacités de
production
ont été augmentées et pour des temps d'ouverture de ligne significatifs, et/ou
lorsque le
taux de substance d'enrobage était important, typiquement supérieur à 10 % en
masse
par rapport aux produits alimentaires, et/ou lorsque la nature de la substance
d'enrobage
s'y prêtait, et/ou suivant sa teneur en matières sèches ou encore suivant sa
teneur en
matière grasse et sel : lors de la mise en oeuvre d'un tel procédé on constate
alors une
accumulation progressive de la substance d'enrobage dans l'enceinte de
traitement,
passant par différents états rhéologiques/thermodynamiques pouvant aller
jusqu'à la
congélation et bloquer l'enceinte de l'unité au bout de quelques heures de
production.
L'analyse de l'enceinte de traitement par les inventeurs a permis de découvrir
que
l'accumulation de substance d'enrobage se forme essentiellement sur les
rotors, et en
particulier des organes radiaux du rotor : la couche recouvre la surface
périphérique en
s'épaississant radialement, jusqu'à garnir l'inter-espace entre les deux
rotors
contrarotatifs. Dans un tel cas, les produits alimentaires ne peuvent plus
circuler
correctement entre les rotors ; le procédé est alors totalement bloqué.
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Pour certaines substances d'enrobage, et même dans le cas de capacités de
production
relativement modestes, les inventeurs ont pu constater des inégalités dans la
qualité de
l'enrobage autour des produits alimentaires, à savoir que la substance
d'enrobage
croutée n'était pas uniformément répartie sur toute la surface des produits
alimentaires.
Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients précités en
proposant un
procédé d'enrobage de produits alimentaires qui, au moins selon un mode de
réalisation,
reste fiable, même lorsque les capacités de production sont importantes, quel
que soit
les temps d'ouvertures de la ligne d'enrobage et/ou le taux de la substance
d'enrobage,
et/ou sa teneur en matière sèche, ou encore sa teneur en matière grasse et
sel.
Un autre but de la présente invention est de proposer, au moins selon un mode
de
réalisation, un procédé d'enrobage qui permet d'améliorer sensiblement la
qualité de
l'enrobage en permettant à la substance d'enrobage de couvrir uniformément
toute la
surface des produits alimentaires.
D'autres buts et avantages de la présente invention apparaitront au cours de
la
description qui va suivre qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas
pour but de
la limiter.
Résumé de l'invention
La Demanderesse a réussi à inhiber le phénomène d'accumulation de substance
d'enrobage sur les organes de brassage motorisés (i.e. les deux rotors
contrarotatifs) par
la mise en oeuvre d'un chauffage maîtrisé lors de la mise en oeuvre de l'étape
b), avec un
transfert par conduction des calories, et en particulier jusqu'aux organes
radiaux des
rotors.
On comprend que la mise en oeuvre d'un tel chauffage est délicate et atypique
en ce
qu'il est nécessaire d'apporter à l'organe de brassage (i.e. les rotors) la
quantité
suffisante de chaleur pour empêcher cette accumulation sur l'organe, mais
toutefois
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sans excès sous peine de ne plus obtenir la congélation (au moins partielle)
de la
substance d'enrobage qui doit résulter de l'étape b) par transfert des
frigories depuis les
produits alimentaires sous-refroidis vers la substance d'enrobage.
Une attention particulière est ainsi portée pour réguler l'intensité de
chauffage
suffisamment finement pour parvenir à cet objectif : dans le cas d'un
chauffage
électrique (résistif) il a été possible de réguler finement l'intensité de
chauffage via une
commande de puissance par PWM (de l'anglais Pulse Width Modulation qui
peut être traduit en français par modulation à largeur d'impulsion ). En
diminuant le
rapport cyclique de la commande PWM on diminue l'intensité de chauffage. Au
contraire en augmentant le rapport cyclique de la commande PWM, on augmente
l'intensité de chauffage.
Un tel chauffage maitrisé lors de la mise en oeuvre de l'étape b) a permis
d'éviter les
problèmes de blocage de la ligne lorsque les capacités de production sont
importantes,
typiquement de l'ordre d'une tonne/heure de produits alimentaires enrobés (ou
supérieures).
De manière inattendue, et même pour des capacités de production plus modestes
(inférieure à 1 tonne/heure de produits enrobés) pour lesquelles les problèmes
d'accumulation ne sont pas significatifs, les inventeurs ont constaté une
amélioration
sensible de la qualité de l'enrobage, à savoir une meilleure répartition de la
substance
d'enrobage autour des produits alimentaires et une diminution sensible des
fines, et par
comparaison à la mise en oeuvre de l'étape b), sans chauffage.
Selon la compréhension actuelle des inventeurs, la mise en oeuvre du chauffage
maitrisé permet avantageusement de ralentir le temps nécessaire à la substance
d'enrobage pour se figer et congeler. Sans chauffage et transfert de calorie à
la
substance d'enrobage, la congélation est bien souvent trop brutale pour que la
substance
d'enrobage ait le temps de recouvrir uniformément toute la surface des
produits
alimentaires.
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Enoncé de l'invention
Aussi l'invention est relative à un procédé d'enrobage de produits
alimentaires avec une
substance d'enrobage comprenant :
- une étape a) de sous-refroidissement des produits alimentaires par apport de
frigories
extérieures à une température inférieure à leur température initiale, avant
mise en
contact des produits alimentaires et de la substance d'enrobage, et
ultérieurement
- une étape b) de mise en contact des produits alimentaires sous-refroidis
obtenus à
l'étape a) et la substance d'enrobage, l'enrobage autour des produits étant
formé à cette
étape par la congélation de la dite substance d'enrobage uniquement sous
l'action du
transfert de frigories des produits alimentaires à la substance d'enrobage,
c'est-à-dire
sans apport de frigories extérieures
et dans lequel on réalise les étapes a) et b) de préférence en continu.
Selon l'invention, et à l'étape b) :
- on réalise la mise en contact des produits alimentaires sous-refroidis
avec la
substance d'enrobage dans une enceinte de traitement,
- on met en oeuvre un brassage des produits alimentaires au moyen d'un
système
mécanisé motorisé, comprenant au moins un organe de brassage, interne à ladite
enceinte de traitement, mobile par rapport à ladite enceinte de traitement,
- on chauffe ledit au moins organe de brassage, et on ajuste l'intensité du
chauffage sans excès de manière à uniformiser la répartition de la substance
d'enrobage autour des produits alimentaires et/ou à éviter l'accumulation de
matières sur ledit organe de brassage, tout en assurant l'enrobage autour des
produits alimentaires par congélation de la substance d'enrobage sous l'action
du transfert de frigories des produits alimentaires à la substance d'enrobage.
Selon des caractéristiques optionnelles de l'invention, prises seules ou en
combinaison :
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- ledit au moins un organe de brassage est un rotor ; notamment ledit
système mécanisé
motorisé comporte deux organes de brassage constitués respectivement par deux
rotors
contrarotatifs, juxtaposés, sensiblement parallèles ;
- ledit au moins un rotor, le cas échéant chacun des deux rotors
contrarotatifs, comprend
des organes radiaux répartis le long du rotor et configurés de manière à
assurer l'avance
de la matière le long de ladite enceinte de traitement lors la mise en
rotation du rotor, ou
le cas échéant, les mises en rotation des rotors contrarotatifs ;
- le chauffage de l'organe de brassage est un chauffage électrique par
induction, ou
encore résistif ;
- le chauffage de l'organe de brassage est un chauffage électrique, et dans
lequel on met
en oeuvre une commande de puissance à modulation de largeur d'impulsion, et on
réalise l'étape d'ajustement de l'intensité de chauffage en modifiant le
rapport cyclique
de la commande de puissance à modulation de largeur d'impulsion ;
- le circuit électrique pour la mise en oeuvre du chauffage électrique
comporte, d'une
part, au moins une partie embarquée avec le rotor, la partie embarquée
présentant
notamment une ou plusieurs résistances électriques, et d'autre part, une
partie solidaire
du bâti de l'enceinte de traitement, connectée à la source d'alimentation
électrique, des
contacts électriques glissants assurant la liaison électrique entre les deux
parties du
circuit électrique mobiles l'une par rapport à l'autre ;
- la congélation de la substance d'enrobage autour des produits alimentaires
est partielle
à l'issue de l'étape b), le procédé comportant une étape c) où l'on apporte
aux produits
enrobés obtenus à l'étape b) des frigories extérieures jusqu'à obtenir la
congélation
totale de la substance d'enrobage formant l'enrobage autour des produits
alimentaires
(sans injection de substance d'enrobage).
Selon un autre mode de réalisation, le chauffage de l'organe de brassage est
obtenu par
échange d'énergie thermique entre un fluide caloporteur et ledit organe de
brassage.
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Dans un tel cas, l'organe de brassage, en particulier le ou les rotors sont
pourvus de
canalisations internes pour la circulation du fluide caloporteur. Dans un tel
mode de
chauffage, on peut réaliser l'étape d'ajustement de l'intensité de chauffage
en
augmentant ou en diminuant la température du fluide caloporteur, avant qu'il
n'échange
avec ledit organe de brassage, et/ou en augmentant ou en diminuant le débit de
fluide
caloporteur arrivant audit au moins un organe de brassage.
De manière générale, la température initiale des produits correspond à un état
congelé,
par exemple avec une température comprise entre -20 C et -10 C.
Selon un mode de réalisation, la température des produits alimentaires sous
refroidis à
l'issue de l'étape b) est comprise entre -65 C et -25 C et/ou la température
de la
substance d'enrobage avant mise en contact avec les produits sous refroidis
est
supérieure à 0 C, tel que par exemple à température ambiante.
De manière générale, on peut obtenir l'apport de frigories extérieures selon
l'étape a)
et/ou selon l'étape c) par injection d'un fluide cryogénique et mise en
contact direct du
fluide cryogénique avec les produits alimentaires de l'étape a), et/ou avec
les produits
alimentaires enrobés de l'étape c).
Le procédé selon l'invention trouve une application particulière sur une ligne
de
production pour des capacités de production supérieures à 1 tonne/heure, et de
préférence à 2 tonnes/heure de produits alimentaires enrobés et afin d'éviter
l'accumulation de matière sur ledit organe de brassage, voire même
additionnellement
d'améliorer sensiblement la répartition de la substance d'enrobage autour des
produits
alimentaires.
Le procédé selon l'invention trouve encore une application particulière, même
sur des
lignes de production de capacités plus modestes, inférieures à 1 tonne/heure,
par
exemple inférieures à 500kg/heure de produits alimentaires enrobés pour
améliorer la
qualité de l'enrobage, à savoir obtenir une meilleure répartition de la
substance
d'enrobage.
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Description des figures
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description accompagnée des
dessins
en annexe parmi lesquelles :
- La figure 1 est une vue d'une installation convenant pour la mise en
oeuvre du procédé
d'enrobage selon l'invention,
- La figure 2 est une vue de dessus de l'unité d'enrobage et de mise en
contact de la
substance d'enrobage de l'installation de la figure 1, qui comporte un système
d'avance
et de brassage à deux rotors contrarotatifs,
- La figure 3 est une vue schématique de l'arbre d'un rotor du système
d'avance de la
figure 2, qui comporte en son sein un circuit électrique de chauffage avec un
ensemble
de résistances électriques,
- La figure 4 est un graphique de la tension électrique par rapport au temps,
illustrant la
commande de puissance du circuit électrique par modulation à largeur
d'impulsion.
Description détaillée
Aussi, la figure 1 illustre (à titre d'exemple non limitatif) une installation
d'enrobage 1
convenant pour la mise en oeuvre du procédé d'enrobage de produits
alimentaires P avec
une substance d'enrobage Se, selon l'invention avec mise en oeuvre des étapes
a) et b)
telles que précédemment décrites. Cette installation 1 comporte
successivement, selon
le sens de traitement des produits, une unité 3 de sous-refroidissement, et
une unité 4
d'enrobage et de mise en contact de la substance d'enrobage.
Les produits alimentaires P sont alimentés en continu (ou en discontinu) dans
l'unité 3
de sous-refroidissement.
Le sous-refroidissement de l'étape a) est obtenu par apport de frigories
extérieures sur
les produits alimentaires P, avec injection de fluide cryogénique (par exemple
de l'azote
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liquide ou du CO2) dans l'unité de sous-refroidissement 3 en un ou plusieurs
points
d'injection.
On règle le débit de fluide cryogénique afin d'obtenir la température
déterminée (par
exemple -35 C) des produits sous refroidis à l'issue de l'étape a) qui est
supérieure à
-65 C et inférieure à -25 C, au niveau de la sortie de l'unité 3 de sous-
refroidissement.
Ce réglage peut être mis en oeuvre au moyen d'une vanne VN proportionnelle
Les produits sous-refroidis, issus de l'étape a) alimentent en continu (ou en
discontinu)
l'entrée de l'unité 4 d'enrobage et de mise en contact de la substance
d'enrobage,
notamment par gravité.
Cette unité 4 d'enrobage permet la mise en oeuvre de l'étape b) du procédé
d'enrobage,
et comprend à cet effet :
- une enceinte de traitement 40, formant un berceau pour un système d'avance
et de
brassage,
- le système d'avance et de brassage qui comprend deux rotors
contrarotatifs 41a, 41b,
- un système d'injection 42 de la substance d'enrobage Se dans l'enceinte
de traitement
40 de longueur définie,
- une longueur de l'enceinte (successive au système d'injection 42) afin de
permettre le
croûtage de la substance d'enrobage Se, c'est-à-dire sans injection de
substance
d'enrobage.
Chacun des rotors comprend un arbre 43, notamment sensiblement cylindrique, le
long
duquel sont répartis des organes 44, sensiblement radiaux. Ces organes 44 sont
répartis
suivant la longueur de l'arbre selon une trajectoire hélicoïdale, et de
manière rapprochée
les uns des autres. Lors de la rotation du rotor 41a ou 41b, les organes 44
permettent de
brasser les produits alimentaires P. Leur agencement permet encore de pousser
les
produits, et de manière similaire à une vis d' Archimède.
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En entraînant les rotors 41a et 41b en des sens opposés, il est possible de
provoquer
l'avance des produits alimentaires P le long de l'enceinte de traitement 40,
depuis
l'entrée et jusqu'à une sortie, et comme illustré par la double flèche de la
figure 2.
Sur la première partie du trajet, on injecte en continu la substance
d'enrobage Se, en
plusieurs points d'injection le long de l'enceinte 40 de traitement par
l'intermédiaire du
système 42. La substance d'enrobage peut être à température ambiante, mais
dans tous
les cas supérieure à 0 C. Le débit de la substance d'enrobage Se peut être
réglé par une
vanne Vse, à commande proportionnelle, fonction du taux de substance
d'enrobage Se
souhaité et du débit des produits alimentaires P. La substance d'enrobage Se
entre en
contact avec les produits alimentaires sous-refroidis dans l'enceinte 40 :
l'enrobage est
alors croûté au moins partiellement par transfert de frigories des produits
alimentaires à
la substance d'enrobage, c'est-à-dire sans apport de frigorie extérieure (i.e.
sans
injection de fluide cryogénique dans l'enceinte 40) et ce sur la longueur de
l'enceinte 40
laissée libre du système 42.
Chauffage des rotors
De manière notable, et selon l'invention, et lors de la mise en oeuvre de
l'étape b) on
chauffe positivement les rotors 41a et 41b afin de limiter le transfert de
frigories sur
l'arbre 43 et les organes 44 des rotors 41a et 41b. On apporte ainsi la
quantité suffisante
d'énergie nécessaire pour arrêter l'accumulation de la substance d'enrobage Se
sur les
rotors 41a et 41b, et leurs organes radiaux 44 et/ou encore pour ralentir la
congélation
de la substance d'enrobage, mais toutefois sans excès sous peine de ne plus
obtenir la
congélation (au moins partielle) de la substance d'enrobage qui doit résulter
de l'étape
b).
Une attention particulière est ainsi portée pour réguler l'intensité de
chauffage
suffisamment finement pour parvenir à cet objectif : dans le cas d'un
chauffage
électrique (résistif) il a été possible de régler finement l'intensité de
chauffage par une
commande de puissance par PWM (de l'anglais Pulse Width Modulation qui
peut être traduit en français par modulation à largeur d'impulsion ).
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Une telle commande est illustrée par le graphique de la figure 4 qui illustre
cette
commande de puissance et plus particulièrement la tension U par rapport au
temps. On
commande le chauffage par impulsion de tension de largeur AT, à chaque période
de
100 X ,n.T
temps T. Le rapport cyclique a (en pourcentage) est de a = T .
En diminuant le rapport cyclique de la commande PWM on diminue l'intensité
de
chauffage. En augmentant le rapport cyclique de la commande PWM, on augmente
l'intensité de chauffage. Ce rapport cyclique est ajusté à chaque campagne de
production afin d'inhiber l'accumulation de la substance d'enrobage Se, et
sans excès
comme expliqué précédemment. La figure 4 illustre le circuit de chauffage
électrique
interne à l'arbre 43 de chaque rotor 41a ou 41 b qui comprend un ensemble de
résistances électriques 45, montées tournantes avec l'arbre 43 du rotor. Le
circuit
électrique comprend des contacts électriques glissants 46, entre la partie
tournante du
circuit embarquée à l'arbre 43, et la partie fixe du circuit connectée à la
source
d'alimentation électrique.
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NOMENCLATURE
1. Installation d'enrobage,
3. Unité de sous-refroidissement,
4. Unité d'enrobage et de mise en contact de la substance d'enrobage,
40. Enceinte de traitement,
41a, 41b. Rotors contra-rotatifs,
42. Système d'injection de la substance d'enrobage,
43. Arbres (rotors),
44. Organes radiaux (rotors),
45. Résistances électriques (chauffage rotor),
46. Contacts électriques glissants.
N2 Liquide cryogénique,
Se. Substance d'enrobage,
P. Produits alimentaires,
Tp. Température des produits alimentaires,
VN. Vanne de réglage de débit du fluide cryogénique,
Vs,. Vanne de réglage de débit de la substance d'enrobage,
U. Tension d'alimentation des circuits électriques de chauffage internes aux
rotors.
